JPH08220306A

JPH08220306A - 微小凹部付きガラス基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08220306A
Application number: JP7111639A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Matsuda; 厚範松田; Kenji Morio; 健二森尾; Takashi Kishimoto; 隆岸本; Kenjiro Hamanaka; 賢二郎浜中
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1996-08-30
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JP2790076B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エッチング法によって形成され１次元または
２次元に配列された微小凹部の輪郭形状が円形である平
板型マイクロレンズ用のガラス基板を、また微小凹部の
断面が円弧から形成される平板型マイクロレンズ用のガ
ラス基板を提供するものである。【構成】エッチング法によってガラス基板に微小凹部
を形成する際、研磨工程での潜傷の顕在化によって不均
一なエッチングが発生する。そこで、ガラス基板の表面
粗さを厳密に中心線平均粗さＲａで０．４ｎｍ以下に制
御することで、前記微小凹部を平面視したときの輪郭が
真円とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面ガラス基板凹部に
透明樹脂等を充填してなる平板型マイクロレンズを製造
するのに適した微小凹部付きガラス基板およびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型液晶表示素子を用いたプロジェク
タテレビジョン（以下、ＰＴＶ）が、実用化されてい
る。現在、このＰＴＶの開発において、スクリーン上で
の高輝度をいかに実現するかがその焦点となっており、
高出力のライトバルブや光学装置の開発や、平板マイク
ロレンズの応用等が精力的に検討されている。

【０００３】このＰＴＶに平板マイクロレンズを用いれ
ば、液晶表示素子のブラックマトリクスや画素電極部分
に入射し、画素開口部の照明には寄与していない光を大
きく低減できるため、照明光の強度を上げることなくス
クリーン上の輝度を向上することができ、この結果、表
示素子の光および熱による特性の劣化の問題を解決する
ことが可能となる。

【０００４】この場合、平板マイクロレンズは、液晶表
示素子の光入射側に配置され、ブラックマトリクスや画
素電極部分に入射していた光を、画素開口部に集光して
有効に利用し、実効的開口効率を向上させる働きを持っ
ている。

【０００５】従来、平板マイクロレンズとしては、ソー
ダライムガラスにＴｉ等の耐食性保護皮膜（マスク膜）
を成膜し、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、円
形あるいは直線スリット状の開口を設け、これを溶融塩
に浸漬して開口部からイオン交換を行う、いわゆるイオ
ン交換法により、その断面が略半円状の屈折率分布を形
成した平板マイクロレンズアレイ（特開昭５７−５３７
０２号）や、また化学エッチングによってガラス基板表
面に半球面状凹部を形成し、これに透明樹脂等を充填し
レンズとした平板型マイクロレンズが知られている（特
開平５−４５６２４号）。またさらに、ドライエッチン
グによって、半導体基板表面に凹部を形成する方法が開
示されている（特開平１−２１９７０２号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特に、微小開口を多数
その表面に設けたマスク膜付き平面ガラス基板に、化学
エッチングを施し、前記微小開口からエッチングを等方
的に進めることにより得られる半球面状凹部に、透明樹
脂等を充填しレンズとした平板型マイクロレンズの製造
においては、化学エッチングの際に欠陥が生じることが
あった。具体的には、本来半球状凹部となるべきところ
が、いびつな楕円球状（ラグビーボール状）凹部となっ
たり、また化学エッチングの途中でマスク膜が、ガラス
基板から剥離してしまうことがあった。

【０００７】また、微小開口を多数その表面に設けたマ
スク膜付きガラス基板に、ドライエッチングを施し得ら
れる凹部は、そのエッチングメカニズムから完全な球面
状とはなり得ない。

【０００８】本発明の目的は、エッチング法によって形
成され１次元または２次元に配列された微小凹部の輪郭
形状が円形である平板型マイクロレンズ用のガラス基板
を、また微小凹部の断面が円弧から形成される平板型マ
イクロレンズ用のガラス基板を提供するものである。さ
らに、それを用いた平板型マイクロレンズを提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐食性膜付き
ガラス基板をエッチャントに浸漬し、マイクロレンズの
微小半球状凹部を形成する際に生じる楕円球状欠陥およ
び耐食性膜の剥離が、前記ガラス基板表面の研磨程度、
特に表面粗さによって支配されているという知見に基づ
きなされたものである。

【００１０】一般にガラス基板は、切断後ラッピングお
よびポリッシングを行い、平滑表面を創出する。しかし
ながら、ラッピングやポリッシング工程で一旦生じた傷
は、ポリッシュが進んで見かけ上判別できなくなっても
潜傷という形態でガラス基板表面近傍に残っている。

【００１１】ガラス基板表面付近に残った潜傷はガラス
エッチャントと接触すると、エッチャントが潜傷深部に
しみ込み、潜傷部がエッチングされる。これによって、
エッチング前には判別できなかった潜傷が顕在化され
る。

【００１２】潜傷を有するガラス基板に耐食性保護膜を
形成し、例えばこの耐食性膜にレンズアレイの配列に対
応した微小開口を形成し、微小開口から等方的にエッチ
ングを行うことにより半球状の微小凹部を形成しようと
する場合、潜傷の顕在化が起こることにより、楕円球状
にエッチングが進んだり、特定方向にエッチングが速く
進むため、耐食性膜のガラス基板からの剥離が生じたり
することがある。

【００１３】図２に、ガラス基板の表面粗さ（Ｒａ）
と、この基板に耐食性保護膜を形成しさらにこの耐食性
膜に微小開口を形成し、微小開口から等方的にエッチン
グを行ったときに形成される凹部を平面視したときの凹
部の輪郭形状の例を示す。なお、ａは凹部の輪郭形状の
最短の径の長さ、ｂは最長の径の長さと定義し、測定し
た。また、図中の矢印はガラス基板表面の潜傷の方向を
示している。つまり、ガラス基板表面に潜傷があると、
その方向が特に優先的にエッチングされ、形成される凹
部が上述のようなラグビーボール状となることが確認さ
れた。

【００１４】この関係のグラフを図３に示す。この例で
は、ガラス基板のＲａが０．５５ｎｍ以上となると、エ
ッチングにより形成される凹部の輪郭形状のｂ／ａが
１．５以上となり、さらにその輪郭形状も乱れておりも
はや円形をなしているとはいえなくなっていることがわ
かる。一方、前記基板のＲａが０．４ｎｍ未満である
と、前記ｂ／ａは１．１以下であり前記輪郭形状はほぼ
円形を保っているといえる。

【００１５】さらに前記Ｒａが０．２４ｎｍ以下である
と、前記ｂ／ａはほとんど１であり、前記輪郭形状は完
全な円形をなしているといえる。

【００１６】なおこのことは、エッチングにより形成さ
れる微小凹部に上述した潜傷が存在して起こることであ
り、全ての凹部が上述のラグビーボール状になるわけで
はない。ガラス基板のＲａが大きい場合（例えば、Ｒａ
＞０．７ｎｍ）では、ほとんどの凹部が上述のラグビー
ボール状となるのだが、例えば０．４＜Ｒａ＜０．５ｎ
ｍの範囲では、ガラス基板表面の潜傷の存在確率の問題
となるので、ある凹部では良好な円形の輪郭形状を有し
ていても、別の凹部ではラグビーボール状になっている
ことがある。

【００１７】なお、本発明における微小凹部は、１〜１
００μｍ程度の大きさ、特に２０〜４０μｍ程度のもの
をいう。凹部の大きさが大きいと、上述した潜傷や研磨
傷の顕在化による不均一エッチングが発生しても、その
影響が小さいためである。

【００１８】本発明では、前記潜傷の顕在化による不均
一エッチングの発生および耐食性膜の剥離を抑制し、前
記微小凹部を平面視したときの輪郭形状が円形とするた
めに、耐食性膜を形成するガラス基板の表面粗さを、厳
密に中心線平均粗さＲａで０．４ｎｍ以下に制御するこ
とを特徴としている。

【００１９】ガラス基板表面の中心線平均粗さＲａが
０．４ｎｍを越える場合には、潜傷や研磨傷の顕在化に
よる不均一エッチングの発生および耐食性膜の剥離を生
じ易くなる。

【００２０】基本的には、耐食性膜を形成するガラス基
板の表面粗さは、小さいほど好ましいが、実際には、中
心線平均粗さＲａを０．０５ｎｍ未満にすることは技術
的に非常に難しく、またその生産性を確保することが難
しい。

【００２１】また、上述の問題点を達成した上で、技術
的・経済的な点を考慮すると、ガラス基板のＲａは０．
１〜０．２４ｎｍ程度が特に好ましい。

【００２２】その中心線平均粗さＲａを０．４ｎｍ以下
に制御したガラス基板の表面は、以下の示す方法等によ
って創出することができる。（１）従来の研磨方法の酸化セリウム等の砥粒を用いた
最終の研磨工程で、低加重、低速度条件下で研磨を緩や
かに行う（２）最終の研磨工程で粒径の小さな酸化セリウム砥粒
を用いて研磨を行う（３）コロイダルシリカ等の形状が球で比較的硬度の低
い砥粒を用いて研磨を行う

【００２３】また、中心線平均粗さＲａが０．４ｎｍを
越える基板に対しては、塗膜熱分解法やゾルゲル法等に
よってガラス基板と同じ組成の皮膜をガラス基板表面に
形成し、これを焼結させ潜傷を埋めることによっても、
ガラス基板の表面粗さが改善でき、中心線平均粗さを
０．４ｎｍ以下にすることができる。また、イオン注入
法によって高エネルギーの荷電粒子をガラス基板に衝突
させ、局所的な高温を実現しガラスの粘性流動と焼結を
利用することによってもガラス基板の表面粗さが改善で
き、中心線平均粗さを０．４ｎｍ以下にすることができ
る。

【００２４】前記各種手法によってガラス基板表面を平
滑化することにより、ガラス基板の潜傷による不均一エ
ッチングの発生をなくすることが可能となる。さらに、
ガラス基板に所望のパターンを有する耐食性保護膜を形
成した場合には、この所望のパターンの微小開口から等
方的にエッチングを進行させることできる。この基板の
凹部に透明樹脂等を充填し平板型マイクロレンズを作製
すると、良好な微小レンズを形成することが可能にな
る。

【００２５】本発明で用いるガラス基板としては、石英
ガラス、ソーダライムガラス、アルカリアルミノシリケ
ートガラス、アルカリボロシリケートガラス、多成分無
アルカリガラス、低膨張結晶化ガラスが挙げられる。

【００２６】本発明で言うところのガラス基板の平滑性
は、従来フォトマスク研磨と称されている研磨レベルで
あり、このレベルのガラス基板の平滑性は、原子間力顕
微鏡等の高分解能を有する分析手法によって、評価する
ことが可能である。

【００２７】本発明で用いる耐食性保護膜材料は、用い
るエッチャントに対する耐性やフォトリソパターニング
の作業性および成膜コストによって、適当なものを選定
することができる。また形成する膜厚も目的に応じて任
意に選定することができ、組成の異なる膜材料を多層に
積層することもできる。

【００２８】例えば、耐食性保護膜材料として、クロ
ム、ニッケル、タンタル、シリコン、金等の金属および
その酸化物または窒化物が挙げられる。これら耐食性保
護膜は、スパッタリング法、蒸着法などによって形成す
ることができる。

【００２９】上述の耐食性膜付きガラス基板のエッチン
グを行う際の、エッチャント組成はエッチングを行うガ
ラス基板の組成によって選定される。例えば、石英ガラ
ス基板をエッチングする場合には、フッ化水素とドデシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤を含有
する水溶液が、エッチャントとして用いることができ
る。また、ソーダライムガラス基板をエッチングする場
合には、フッ化水素に加えて硫酸等の鉱酸、酢酸等の有
機酸を加えることが多く、必要に応じてドデシルベンゼ
ンスルホン酸ナトリウム（以下、ＤＢＳ）等の界面活性
剤が加えられてもよい。

【００３０】

【作用】本発明による微小凹部付き基板では、微小凹部
が形成するガラス基板表面との境界すなわち輪郭形状
は、平面視したときを完全な円形となっている。したが
って、この微小凹部に前記基板の屈折率と異なる樹脂等
を充填することで、良好な平板マイクロレンズが得られ
る。

【００３１】また、本発明の製造方法では、微小な不均
一エッチングの発生および開口を有する耐食性膜の剥離
を抑制するために、耐食性膜を形成するガラス基板の表
面粗さを、上述した種々の方法で厳密に中心線平均粗さ
Ｒａで０．４ｎｍ以下に、より好ましくは０．１〜０．
２４ｎｍに制御している。このため、ガラス基板表面の
潜傷による不均一エッチングの発生をなくすることが可
能になる。

【００３２】また、上述のガラス基板をさらにエッチン
グすることによって、微小凹部が稠密に配置されたガラ
ス基板を得ることができる。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）粒径の小さな酸化セリウム砥粒（１次粒子
平均粒径０．０５μｍ、２次粒子平均粒径約０．５μ
ｍ）を用いて、低加重（３０ｇｆ／ｃｍ²）、低速度
（５０ｒｐｍ）で石英ガラス基板の最終研磨を行った。
原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメント（株）製：
NanoScope ，以下「ＡＦＭ」と呼ぶ）により、研磨後の
ガラス基板の表面粗さを調べた結果、中心線平均粗さＲ
ａは０．１５ｎｍになっていることが分かった。

【００３４】本石英ガラス基板の表面にスパッタリング
法により、エッチャントに対する耐食性保護膜として、
ＣｒＯx／Ｃｒ／ＣｒＯxの３層膜を形成した。Ｃｒ膜の
ＥＳＣＡ分析の結果、トータル膜厚１２０ｎｍの４０
Ｃｒ・６０ＣｒＯx／７５Ｃｒ・２５ＣｒＯx／４５Ｃｒ
・５５ＣｒＯx（原子％）の３層構造になっていた。次
に、フォトレジストを塗布、露光、現像をおこなうフォ
トリソグラフィによって３層Ｃｒ膜に所定の凹部配列パ
ターンで小開口を形成した。形成した小開口配列は、六
方配列（ｘ方向ピッチ５０μｍ、ｙ方向ピッチ４０μ
ｍ）であり、これにより六法配列の微小凹部アレイが得
られる。この開口の直径は、最終的に得ようとする凹部
の径よりも十分小さいことが望ましく、本実施例１では
前記小開口径を５μｍとした。

【００３５】前記小開口を有するＣｒ膜付き基板を、Ｈ
Ｆおよび界面活性剤としてＤＢＳを含む水溶液に浸漬し
て、化学エッチングを行った。ここで、ＨＦおよびＤＢ
Ｓの濃度は、それぞれ１０重量％および０．１重量％と
した。これにより、前記小開口を始点として石英ガラス
基板の表面がエッチングされた。前記耐食性保護膜を、
硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む水溶液でエ
ッチングを行い、これを完全に除去した。

【００３６】この基板を電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した
結果、曲率半径約２０μｍの等方的な凹部がマスク開口
部に対応して得られていることが分かった（図１）。前
記半球状凹部をくまなく観察した結果、楕円球状欠陥等
の欠陥は、全く観察されなかった。図４（ａ）に形成さ
れた微小凹部のある一列の輪郭形状をトレースしたもの
を、（ｂ）にその部分拡大断面図を示す。

【００３７】上述までの手順によって、それぞれが独立
しその輪郭形状が全て円形である微小凹部を有する基板
が得られた。

【００３８】さらに、以下に前記微小凹部を前記基板全
面に稠密配列する場合について述べる。上記基板を、先
のエッチャントに再び浸漬して、基板表面全体をエッチ
ングした。この２段階エッチングにより、平面視でそれ
ぞれが同一の六角形をなし隣接する凹部同士が密接した
完全稠密配列となった。

【００３９】前記２段階エッチングの処理後、凹部に石
英ガラス基板よりも屈折率の高いエポキシ系透明樹脂材
料を充填し、その上から別途石英基板を貼合せ、前記樹
脂を光硬化させた。これにより、無欠陥の石英製平板マ
イクロレンズを得ることができた（図５参照）。

【００４０】（実施例２）コロイダルシリカ（平均粒径
０．０５μｍ）を砥粒として用いて、実施例１と同じ条
件で石英ガラス基板の最終研磨を行った。ＡＦＭ観察に
より、研磨後のガラス基板の中心線平均粗さＲａは、
０．１２ｎｍになっていることが分かった。

【００４１】本石英ガラス基板の表面に、スパッタリン
グ法により、エッチャントに対する耐食性保護膜として
Ｃｒ膜を形成した。Ｃｒ膜のＥＳＣＡ分析の結果、トー
タル膜厚１２０ｎｍの８０Ｃｒ・２０ＣｒＯx（原子
％）になっていた。次に、実施例１と同様に、前記耐食
性保護膜に小開口パターンを作製し、さらにエッチング
処理を行って、続いて前記耐食性保護膜を除去した。

【００４２】この基板を電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した
結果、曲率半径約２０μｍの等方的な凹部がマスク開口
部に対応して得られていることが分かった。前記半球状
凹部をくまなく観察した結果、楕円球状欠陥等の欠陥
は、全く観察されなかった。

【００４３】次いで、先のエッチャントに再び浸漬し
て、基板表面全体をエッチングした。この２段階エッチ
ングにより、平面視でそれぞれが同一の六角形をなし隣
接する凹部同士が密接した完全稠密配列となった。

【００４４】前記２段階エッチングの処理後、凹部に石
英ガラス基板よりも屈折率の高いエポキシ系透明樹脂材
料を充填し、その上から別途石英基板を貼合せ、前記樹
脂を光硬化させた。これにより、無欠陥の石英製平板マ
イクロレンズを得ることができた。

【００４５】（実施例３）テトラエトキシシラン（Ｓｉ
（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）のエタノール溶液に、希塩酸（１重量
％）を加え、室温で１時間攪拌することにより、テトラ
エトキシシランの加水分解、縮重合反応を行った。ここ
で、テトラエトキシシランに対するエタノールと水のモ
ル比は、それぞれ５および６とした。この溶液を、塗膜
の膜厚を制御するためにエタノールでさらに希釈して、
ゾルゲルコーティング溶液とした。

【００４６】このコーティング溶液を用いて、通常の最
終研磨レベルの石英ガラス基板（Ｒａ＝０．６ｎｍ）
に、ディップコーティングを行った。室温で１時間乾燥
させた後、熱処理を８５０℃で５時間行うことにより、
ゾルゲルＳｉＯ₂ 膜の焼結を行った。焼結後、ゾルゲル
ＳｉＯ₂ 膜の膜厚は２００ｎｍになっていた。ＡＦＭに
よる観察結果、焼成後のガラス基板のＲａは約０．２ｎ
ｍになっていることが分かった。

【００４７】本石英ガラス基板の表面に、スパッタリン
グ法により、エッチャントに対する耐食性保護膜として
Ｃｒ膜を形成した。このＣｒ膜は実施例２と同様のもの
であった。次に、実施例１と同様に、前記耐食性保護膜
に小開口パターンを作製し、さらにエッチング処理を行
って、続いて前記耐食性保護膜を除去した。

【００４８】この基板を電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した
結果、曲率半径約２０μｍの等方的な凹部がマスク開口
部に対応して得られていることが分かった。前記半球状
凹部をくまなく観察した結果、楕円球状欠陥等の欠陥
は、全く観察されなかった。

【００４９】次いで、先のエッチャントに再び浸漬し
て、基板表面全体をエッチングした。この２段階エッチ
ングにより、平面視でそれぞれが同一の六角形をなし隣
接する凹部同士が密接した完全稠密配列となった。

【００５０】前記２段階エッチングの処理後、凹部に石
英ガラス基板よりも屈折率の高いエポキシ系透明樹脂材
料を充填し、その上から別途石英基板を貼合せ、前記樹
脂を光硬化させた。これにより、無欠陥の石英製平板マ
イクロレンズを得ることができた。

【００５１】（実施例４）粒径の小さな酸化セリウム砥
粒（１次粒子平均粒径０．０５μｍ、２次粒子平均粒径
約０．５μｍ）を用いて、低加重（３０ｇｆ／ｃ
ｍ²）、低速度（５０ｒｐｍ）でソーダライムガラス基
板の最終研磨を行った。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によ
り、研磨後のガラス基板の表面粗さを調べた結果、中心
線平均粗さＲａは０．２０ｎｍになっていることが分か
った。

【００５２】本ソーダライムガラス基板の実施例１と同
じ条件で、ＣｒＯx／Ｃｒ／ＣｒＯxの３層膜を形成し
た。次に、実施例３と同様に、前記耐食性保護膜に小開
口パターンを作製し、さらにエッチング処理を行って、
続いて前記耐食性保護膜を除去した。

【００５３】この基板を電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した
結果、曲率半径約２０μｍの等方的な凹部がマスク開口
部に対応して得られていることが分かった。前記半球状
凹部をくまなく観察した結果、楕円球状欠陥等の欠陥
は、全く観察されなかった。

【００５４】次いで、先のエッチャントに再び浸漬し
て、基板表面全体をエッチングした。この２段階エッチ
ングにより、平面視でそれぞれが同一の六角形をなし隣
接する凹部同士が密接した完全稠密配列となった。

【００５５】前記２段階エッチングの処理後、凹部にソ
ーダライムガラス基板よりも屈折率の高いエポキシ系透
明樹脂材料を充填し、その上から別途石英基板を貼合
せ、前記樹脂を光硬化させた。これにより、無欠陥のソ
ーダライムガラス製平板マイクロレンズを得ることがで
きた。

【００５６】（実施例５）コロイダルシリカ（平均粒径
０．０５μｍ）を砥粒として用いて、実施例４と同じ条
件でソーダライムガラス基板の最終研磨を行った。ＡＦ
Ｍ観察により研磨後のガラス基板の中心線平均粗さＲａ
は０．１４ｎｍになっていることが分かった。

【００５７】本ソーダライムガラス基板の表面に、実施
例２と同一条件でＣｒ膜を形成した。次に、実施例２と
同様に、前記耐食性保護膜に小開口パターンを作製し、
さらにエッチング処理を行って、続いて前記耐食性保護
膜を除去した。

【００５８】この基板を電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した
結果、曲率半径約２０μｍの等方的な凹部がマスク開口
部に対応して得られていることが分かった。前記半球状
凹部をくまなく観察した結果、楕円球状欠陥等の欠陥
は、全く観察されなかった。

【００５９】次いで、先のエッチャントに再び浸漬し
て、基板表面全体をエッチングした。この２段階エッチ
ングにより、平面視でそれぞれが同一の六角形をなし隣
接する凹部同士が密接した完全稠密配列となった。

【００６０】前記２段階エッチングの処理後、凹部にソ
ーダライムガラス基板よりも屈折率の高いエポキシ系樹
脂材料を充填し、その上から別途石英基板を貼合せ、前
記樹脂を光硬化させた。これにより、無欠陥のソーダラ
イムガラス製平板マイクロレンズを得ることができた。

【００６１】なお、上述した実施例１から実施例５で
は、いずれも微小凹部を六方配列した場合であったが、
目的に応じて微小凹部を四方配列し、上述の２段階エッ
チングの処理を行えば、平面視にてその輪郭形状が正方
形また長方形であり、前記基板表面に完全稠密に配列さ
れた微小凹部付きガラス基板が得られることは言うまで
もない。

【００６２】またさらに、上述した実施例１から実施例
５では、前記マスク膜の微小開口はいずれも点開口（円
形）であったが、目的に応じて前記開口の形状を直線と
すると、この開口に応じて形成される凹部は、平面視に
てその輪郭形状が長円（小判状）とすることができる
（図６参照）。

【００６３】また、上述した実施例１から実施例５にお
いては、上述した２段階エッチング処理により、基板表
面に完全稠密に配列された微小凹部付きガラス基板を得
ていたが、２段階目のエッチング処理時間によっては、
初期の基板表面を一部残した状態の微小凹部付きガラス
基板が得られることは言うまでもない。

【００６４】（比較例１）従来の研磨レベルの石英ガラ
ス基板（Ｒ＝０．４５ｎｍ）に対して、実施例１と同一
のＣｒＯx／Ｃｒ／ＣｒＯxの３層膜形成とフォトリソパ
ターニングを行った。さらに前記小開口を有するＣｒ膜
付き従来研磨の石英基板のエッチングを、実施例１と同
じ条件で行った。これにより、前記小開口を始点とし
て、石英ガラス基板の表面がエッチングされた。

【００６５】前記耐食性保護膜を除去した後、光学顕微
鏡と電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察を行った。従来の
研磨レベルであるＲａが０．４５ｎｍ程度の石英ガラス
基板には、表面に潜傷が残存しており、エッチング工程
によってこれが顕在化し、等方的な半球状凹部が形成さ
れるはずが、研磨傷および潜傷の方向に対応して楕円球
状のいびつな開口になってしまった。この楕円球状凹部
に透明樹脂等を充填してレンズを形成しようとすると、
この楕円球状凹部ではレンズ欠陥になると判断された。
なお、図７（ａ）に形成された微小凹部のある一列の輪
郭形状をトレースしたものを、（ｂ）にその部分拡大断
面図を示す。

【００６６】（比較例２）従来の研磨レベルのソーダラ
イムガラス基板（Ｒ＝０．７５ｎｍ）に対して、実施例
４と同一のＣｒＯx／Ｃｒ／ＣｒＯxの３層膜形成とフォ
トリソパターニングを行った。さらに前記小開口を有す
るＣｒ膜付き従来研磨のソーダライムガラス基板のエッ
チングを実施例４と同じ条件で行った。これにより、前
記小開口を始点として、ソーダライムガラス基板の表面
がエッチングされた。

【００６７】耐食性保護膜を除去した後、光学顕微鏡と
電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察を行った。従来の研磨
レベルであるＲａが０．７５ｎｍ程度のソーダライムガ
ラス基板には、表面に潜傷が残存しており、エッチング
工程によってこれが顕在化し、等方的な半球状凹部が形
成されるはずが、研磨傷および潜傷の方向に対応して楕
円球状のいびつな開口になってしまった。また、Ｃｒ膜
がエッチング処理の途中で剥離してしまい、微小凹部は
形成されていないところがあった。前記楕円球状凹部お
よびＣｒ膜の剥離が生じた部分は、レンズ欠陥になるよ
うな欠陥になると判断された。

【００６８】今回の実施例では、石英ガラス基板とソー
ダライムガラス基板の結果を示したが、多成分無アルカ
リガラスや低膨張結晶化ガラスにおいても、ガラス表面
粗さとエッチング特性の関係は、同じ傾向を示した。

【００６９】

【発明の効果】上述したような種々の方法によって、そ
の表面の中心線平均粗さＲａで０．４ｎｍ以下に平滑化
したガラス基板をエッチング法によって微小凹部を形成
すると、ガラス基板の潜傷や研磨傷による不均一エッチ
ングの発生をなくすることが可能になる。

【００７０】さらに、小開口を有する耐食性膜付きガラ
ス基板では、開口から等方的にエッチングが進行するよ
うになり、加えて耐食性膜の剥離を抑制することが可能
になる。この耐食性膜に、例えばマイクロレンズの配列
に対応した微小開口を形成すれば、平板型マイクロレン
ズアレイの半球状凹部を歩留りよく形成することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエッチングによる微小凹部を有す
るガラス基板を平面視したときの図。

【図２】ガラス基板のＲａと微小凹部の輪郭形状との関
係を表す模式図。

【図３】ガラス基板のＲａと微小凹部の輪郭形状との関
係を表すグラフ。

【図４】ガラス基板のＲａ＝０．１５ｎｍのときの微小
凹部の輪郭形状および部分拡大断面を表す模式図。

【図５】平板型マイクロレンズの断面図。

【図６】平面視でその輪郭形状が長円である微小凹部を
有するガラス基板。

【図７】従来の研磨状態の悪い場合（Ｒａ＝０．４５ｎ
ｍ）のガラス基板から得られた楕円球状（ラグビーボー
ル状）凹部の輪郭形状および部分拡大断面を表す模式
図。

【符号の説明】

１ガラス基板，２エッチング部分，３微小凹部の輪郭形状，４透明樹脂，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜中賢二郎大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の中心線平均粗さＲａが０．４ｎｍ以
下のガラス基板表面に、エッチング法によって形成され
た微小凹部が多数個１次元または２次元に規則配列され
た平板マイクロレンズ用ガラス基板であって、前記の微
小凹部を平面視したときの輪郭形状がほぼ円形であり、
前記輪郭形状の長径と短径の比が、１．１以下であるこ
とを特徴とする微小凹部付きガラス基板。ただし、輪郭
形状の最も長い径を長径と、最も短い径を短径とする。
【請求項２】請求項１に記載の微小凹部付きガラス基板
において、前記輪郭形状が円形である微小凹部付きガラ
ス基板。
【請求項３】表面の中心線平均粗さＲａが０．４ｎｍ以
下のガラス基板表面に、エッチング法によって形成され
た微小凹部が多数個２次元に規則配列された平板マイク
ロレンズ用ガラス基板であって、前記微小凹部はその断面形状が円弧からなり、平面視に
てほぼ稠密に配列されていることを特徴とする微小凹部
付きガラス基板。
【請求項４】請求項３に記載の微小凹部付きガラス基板
において、前記微小凹部は完全稠密に配列され、前記輪郭形状は、
正方形，長方形，正六角形または六角形である微小凹部
付きガラス基板。
【請求項５】表面の中心線平均粗さＲａが０．４ｎｍ以
下のガラス基板表面に、エッチング法によって形成され
た微小凹部が多数個２次元に規則配列された平板マイク
ロレンズ用ガラス基板であって、前記微小凹部は長円を
回転させて得られる立体面の部分表面であり、前記微小
凹部を平面視したときの輪郭形状のうち円形部分はすべ
て同一半径の半円であり、前記輪郭形状の前記円形部分
以外の部分はすべて直線であることを特徴とする微小凹
部付きガラス基板。
【請求項６】以下に示す工程を含むことを特徴とする微
小凹部付きガラス基板の製造方法。（イ）中心線平均粗さＲａで、０．４ｎｍ以下に制御さ
れた平面ガラス基板上に耐食性膜を形成する工程、（ロ）前記耐食性膜に所定の配列で小開口を形成する工
程、（ハ）この基板をエッチャントに浸漬する工程、（ニ）前記耐食性膜を除去する工程。
【請求項７】請求項６記載の微小凹部付きガラス基板の
製造方法において、さらに以下の工程を含む微小凹部付
きガラス基板の製造方法。（ホ）前記耐食性膜を除去した基板を、エッチャントに
浸漬する工程。
【請求項８】請求項６または７記載の微小凹部付きガラ
ス基板の製造方法において、前記ガラスは石英ガラスで
あり、前記耐食性膜は金属クロムおよびその酸化物また
は窒化物からなり、前記エッチャントはフッ酸系のエッ
チャントである微小凹部付きガラス基板の製造方法。
【請求項９】請求項１から５に記載の微小凹部付きガラ
ス基板の前記凹部に、前記ガラス基板の屈折率と異なる
樹脂を充填し、レンズ作用を持たせたことを特徴とする
平板型マイクロレンズ。